声波岩石参数测定仪

仪器一 声波岩石参数测定仪

随着超声探测技术的发展，相应的研制出了各种探测仪器，应用于岩体（岩石）超声探测的仪器和设备，它是以岩石力学特性为基础，研究声波或超声波在岩体（岩石）的传播规律，借以了解岩体（岩石）的动弹力学状态及其结构特征。目前国内外的探测仪器种类甚多，性能也各不相同，但它们的基本原理都大同小异。大体上具有发射、接收和记录（显示）三个系统，以及“电声”转换及“声电”转换系统。其工作的基本方法也不外乎如图一所示。

1. 发射换能器

2. 接收换能器

图一 仪器测量工作原理方框图

SYC～3型声波岩石参数测定仪

（一）构造原理：

仪器的发射、接收两大部分，由多谐振荡器进行同步控制工作。每个振动周期有一触发信号输出，它同时控制“发射延时”和“扫描延时”工作。“发射延时”将触发信号延时一段时间后输出给发射系统，让发射机工作，同时让计数器开始计数。“扫描延时”将锯齿波扫描经过适当的延时，以便接收放大的波形能呈现在示波管屏幕上。这个尖脉冲信号同时加到计数器，做计数器的关门信号，以便读到某一波形的到达时间t。发射系统：其电路原理框图如图二所示。其发射脉冲幅度分两挡，连续可调，最低幅值80V，最高可达1000V，脉冲宽度为0.2～5微秒。当接收系统的同步信号到来后，“单稳”输出一宽度可调的矩形脉冲，其经放大后，加在换能器的晶体上，引起压电晶体的机械振动。

图二 电路原理方框图

SYC～3型声波岩石参数测定仪，主要为室内模拟及岩样试验使用，用于研究岩样的结构分析、应力状态、弹性参数、岩样的物理性质以及工程地质、地震模拟实验等问题，也可做短距离的现场测试。其具有手动、自动测时，手动取样测幅和离散连续自动测幅等多种功能，同时具有8421码正逻辑数据输出，连接打印机或接口与计算机连接进行采样分

图三 声波仪测时方框图

晶振10Mc的频率经分频器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ输出φ1、φ2、φ3并同时输出为1ms或8ms。其为该机同步周期。φ1直接控制发射输出、10倍时间扩展器及记数显示、复零电路。分频Ⅱ受控制脉冲②控制使φ2相对于φ1延时，延时时间大小由仪器面板上“左移，右移”“移位，复零”等开关控制，延时以后的φ2控制扫延电路，使波形出现在示波器屏幕上适当的位置，以便于观察和测量。同样可使φ3相对于φ2延时，延时的大小亦由“左移，右移”“移位，复零”等开关控制，φ3（同φ1）控制10倍时间扩展器，产生时间T1、T2和T3，在误差范围内使T2恒等于10倍T1，即T2≌10 T1，调节面板上的多圈电位器，可改变T1和T2的宽度，但始终使T2≌10 T1，计数的尾数分别用T1或T2作钟控脉冲，可以使常规测试0.1μs 最小时间的方法提高到 0.01μs ，最小时间提高一个数量级。

扫描电路输出锯齿波电压到水平放大至示波管，扫描结束时还输出信号控制电子开关，使被接收的多路信号显示在扫描线上。

自动测时时接收信号经放大后再进行全波整流，使接收波的正起跳或负起跳均能使门限电路开始翻转，不至丢失波形。经整流的接收波输至门限、闭锁电路，该电路输出自动

测时钟控脉冲到计数器控制电路。自动测时时，仅用于单线工作状态和0.1μs挡计数，其他电路与手动测时工作状态相同。

手动测幅时被放大了的接收信号经射隧将输出阻抗降低后加至取样、保持电路，由动时标控制产生小于0.1μs宽的取样脉冲也加至取样、保持电路，该电路在取样脉冲到来期间，将对应的被测波形振幅值保存在保持电容上，由高输入阻抗运算放大器接成跟隧器将保持电容上的电压转变为低阻抗输出后加到振幅比较器和±比较器上，同时由动时标控制的锯齿波电压加到振幅比较器和零比较器上。振幅比较器及零比较器的输出经异门后的测幅钟控脉冲的宽度仅与被测振幅的幅度呈正比关系，而与被测振幅的极性无关。

由面板上的多圈电位器及“位移、复零”等按键可调节动时标到波形上的任一位置，需要测那一点的振幅，即动时标调到那一点上。

自动测幅是按取样间隔时间自动的依次测量被测波形每一点的振幅值，并可打印记录，它的测幅原理与手动测幅的电原理完全相同，只是动时标自启动后自动移动，并依次测量相应的振幅值，动时标在每计数显示，复位这一段时间中的各个同步周期（指每扫描一次）时间中是不移动的，这样在示波器屏幕可看到稳定的并可按取样间隔时间跳动的动时标。

SYC—3仪器面板部件如图四、图五。

图四 SYC～3声波仪前面板部件图

图五 SYC～3声波仪后面板部件图

仪器前、后面板各旋钮、开关接插部分功能如下：

1)电源开关

2)辉度 调节示波管光迹亮度

3)聚焦 调节示波管光迹清晰度

4)辅助聚焦 配合③进一步调节示波管光迹清晰度

5)扫描宽度 以按钮的方式改变扫描量程，每按一次，量程改变一挡，量程从小到大

共 七挡（2、10、30、100、300、1000、3000μs），循环变化，注意按到3000μs挡时需将辉度调大些方可看见

6)左右 调节扫描线的左、右位置

7)上下Ⅰ 调节第一道扫描线上、下位置

8)上下Ⅱ 调节第二道扫描线上、下位置

9)上下Ⅲ 调节第三道扫描线上、下位置

10)时标上下 调节时标上、下位置

11)输入Ⅰ 接收信号第一输入插座，单线工作时，信号只能由该插座输入

12)输入Ⅱ 接收信号第二输入插座

13)输入Ⅲ 接收信号第三输入插座

14)衰减Ⅰ 对第一通道强信号进行衰减，衰减比例见技术指标

15)衰减Ⅱ 对第二通道强信号进行衰减，衰减比例见技术指标

16)衰减Ⅲ 对第三通道强信号进行衰减，衰减比例见技术指标

17)增益 同时调节三路放大器的增益，连续可调

18)自动测时、手动、自动测幅 为仪器工作种类选择开关，由于仪器可同时显示手动

测时和手动测幅的数字，因此手动测时和手动测幅两挡的功能是一样的，用“手动”

表示

19)0.1μs、0.01μs 开关 为时间单位选择开关，0.01μs 挡用于手动测时工作状

态，另外一个功能是动时标左、右移动时，0.1μs 挡是慢速，0.01μs是快速

20)手动时标 调节该多圈电位器，可将动时标（尖脉冲）移动2μs 的范围，起微调

作用

21)移位、复零 种类开关18）在自动测时的位置，按下该按钮，可起扫描延时作用，

其延时速率由22）取样间隔确定；种类开关18）在手动的位置，按下该按钮，可起移动动时标的作用；种类开关18）在自动测幅的位置，按下该按钮，起扫延和动时标复零作用，不按时，动时标将按取样间隔所确定的时间自动地向右移

22)取样间隔 确定自动测幅的取样间隔及其他工作状态的扫延或动时标的移动速率

23)发射 100V，0.2—5μs 窄脉冲输出插座

24)发射宽度 调节100V窄脉冲输出及后面板800V高压脉冲输出的宽度

25)测幅调零 测幅数字显示零调节

26)左移右移 决定波形左移或是动时标右移

以下各开关接插件在仪器后面板

27）~220V 220V电压输入

28） 保险丝座 ~220V、1.5A 保险丝

29） 保险丝座 ~220V、1.5A 保险丝

30） +12V接线柱（红） 直流供电12V 正极输入接线柱

31） ⊥接线柱（黑） 直流供电12V 负极输入接线柱

32） 保险丝座 直流供电12V 保险丝2.5A

33） 单线、四线转换开关 单线或四线扫描控制开关

34） 同步周期 同步周期可变，余振长时可用8ms，余振短时可用1ms，又同时处于单线工作状态时，可增加亮度

35） 800V发射 在较大距离测试时用该发射

36） 高压发射关 可开、关800V高压发射，即800V发射及前面板上的窄脉冲发射可同时发射，也可分别发射，只用窄脉冲发射时，可将800V发射关闭，以减小仪器功耗，用800V发射时，应用长（8ms）同步周期，以免仪器负荷太重

37） 打印输出 打印时，记录信号、打印指令、回答指令输出、输入插座